大學(xué)通識課物理重點

第一章兩種文化的交流1.1夏商周斷代工程——集體智慧，大科學(xué)精神夏代的始年是公元前2070年，商代的始年是公元前1600年＜＜竹書紀(jì)年＞＞"懿王元年天再旦于鄭"公元前899年4月21日凌晨5時48分“夏商周斷代工程”是中國的一項文化工程，是一個以自然科學(xué)與人文社會科學(xué)相結(jié)合的方法來研究中國歷史上夏、商、周三個歷史時期的年代學(xué)的科學(xué)研究項目，是一個多學(xué)科交叉聯(lián)合攻關(guān)的系統(tǒng)工程。意義:向全世界展示了歷史悠久而熠熠生輝的中華文明，也是在我國科學(xué)家集體大協(xié)作下奏出的科學(xué)精神,科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的一曲凱歌。1.2“李約瑟難題”李約瑟：英國科學(xué)家＜＜中國科學(xué)技術(shù)史＞＞作者B.內(nèi)容：“作為一個整體的現(xiàn)代科學(xué)沒有發(fā)生在中國，它發(fā)生于西方一歐美即歐洲文明的廣大范圍。這里有什么原因呢？我以為必須找到它的原因，因為如果我們不了解它，我們關(guān)于科學(xué)技術(shù)的觀點就處于混亂之中。如果我們不了解過去，我們就沒有多少希望掌握未來。c.大致原因：楊振寧發(fā)表"〈〈易經(jīng)〉〉對中華文化的影響”將落后原因歸納為五點中國的傳統(tǒng)是入世的，不是出世的。換句話說就是比較注重實際的，不注重抽象的理論架構(gòu)科舉制度觀念上認(rèn)為技術(shù)不重要，認(rèn)為是“奇技淫巧”中國傳統(tǒng)里面五推演式的思維方式有天人合一的觀念1.4兩種文化的分裂一積極還是消極？恩格斯在《自然辯證法》中指出：如果說古希臘哲學(xué)家往往“只見森林，不見樹木”的話，那么從15世紀(jì)中葉以后的近代科學(xué)發(fā)展往往帶有“只見樹木，不見森林”的缺點。英國的斯諾演講1950劍橋大學(xué)“兩種文化和科學(xué)革命”“在我們這個時代，實際存在兩種文化，一種是人文知識分子代表的人文文化，另外一種代表的是科學(xué)家所代表的科學(xué)文化。兩者之間，很難溝通，有著很深的鴻溝……，這種分裂和對立，對整個社會來說，是一種很大的損失?！眱煞N文化分裂的后果是：現(xiàn)代人迷失了價值取向，處于危機四伏的生活狀態(tài),表現(xiàn)為人與自然的關(guān)系，人與人的關(guān)系都被嚴(yán)重地扭曲了和破壞了，而只有重興人文精神，充實人的精神生活，健全社會的文化結(jié)構(gòu)，重塑現(xiàn)代人的價值取第暨服經(jīng)典簿的建新發(fā)展2.2地心說和日心說托勒一地心說：地球處于宇宙中心靜止不動。從地球向外，依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星，在各自的軌道上繞地球運行辯證得看待1）世界上第一個行星體系模型2）地心說承認(rèn)地球是“球形”的3）把行星從恒星中區(qū)別出來，著眼于探索和揭示行星的運動規(guī)律，這標(biāo)志著人類對宇宙認(rèn)識的一大進(jìn)步。4）運用數(shù)學(xué)計算行星的運行，第一次提出“運行軌道”的概念，設(shè)計出了一個本輪均輪模型。用幾種圓周軌道不同的組合預(yù)言了行星的運動位置，與實際相差很小，相比以前的體系有所改進(jìn)，還能解釋行星的亮度變化。哥白尼一一日心說1543年，波蘭天文學(xué)家哥白尼在臨終時發(fā)表了一部具有歷史意義的著作—《天體運行論》，完整地提出了“日心說”理論。這個理論體系認(rèn)為，太陽是行星系統(tǒng)的中心，一切行星都繞太陽旋轉(zhuǎn)。地球也是一顆行星，它上面像陀螺一樣自轉(zhuǎn)，一面又和其他行星一樣圍繞太陽轉(zhuǎn)動。日心說把宇宙的中心從地球挪向太陽，這看上去似乎很簡單，實際上卻是一項非凡的創(chuàng)舉?！疤祗w運行論”于1543年寫成，它被譽為自然科學(xué)的獨立宣言。2.3伽利近代科學(xué)之父1590年，伽利略在比薩斜塔上做了“兩個鐵球同時落地”的著名實驗。1609年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠(yuǎn)鏡（后被稱為伽利略望遠(yuǎn)鏡），開辟了天文學(xué)的新時代。斜面實驗：第一個思想實驗，是十大經(jīng)典實驗之首1）一個斜面：實驗發(fā)現(xiàn)小球加速度與小球質(zhì)量無關(guān)，只與斜面陡度有關(guān)，且斜面與地面夾角越大，加速度越大?！摚郝潴w定律即輕重物體從同一高度落下，所花時間相同，即同時落地。2）兩個斜面：一個小球從左斜面滾下，在平面上滾動一段時間，再滾上右斜面，如果小球做無滑動滾動，但空氣阻力不可忽略不計，則不能達(dá)到出發(fā)時高度，若空氣阻力不計，則可以達(dá)到相同高度—論：慣性運動概念即一個不受外力作用的物體將保持它的勻速運動狀態(tài)。由此進(jìn)一步明確指出：力不是產(chǎn)生速度的原因，而是產(chǎn)生加速度的原因。c.成功經(jīng)驗1）實驗方法與數(shù)學(xué)方法結(jié)合的成功一是單純做實驗，而是從明確的物理思想出發(fā)，進(jìn)行數(shù)學(xué)推證，選典型實驗，最后得出結(jié)論。2）觀察一假設(shè)一邏輯推理一實驗檢驗的成功之路實驗物理思維和數(shù)學(xué)演繹的巧妙結(jié)合。伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的開端。一愛因斯坦2.4牛頓和經(jīng)典力學(xué)牛頓的三大成就：微積分、萬有引力、光學(xué)分析萬有引力定律又稱物質(zhì)相互作用的普遍規(guī)律：自然界中任何兩個物體都以一定的力互相吸引，這個吸引力的大小同兩個物體質(zhì)量的乘積成正比，同它們之間距離的平方成反比。一rC.扭秤實驗十大美的物理實驗之一石英建注：書本P47和叫4（改進(jìn)版）對應(yīng)看力常知，用的祖樣牛頓的自然哲學(xué)思想（4條推理法則）1）除那些真實而已足夠說明其現(xiàn)象者外，不必再去尋求自然界事物的其他原因2）所以對于自然界中同一類結(jié)果，必須盡可能歸之于同一種原因3）物體的屬性，凡是既不能增強也不能減弱者，又為我們實驗所能及的范圍的一切物體所具有者，就應(yīng)該視為所有物體的普遍性4）在實驗哲學(xué)中，我們必須把那些從各種現(xiàn)象中運用一般歸納而導(dǎo)出的命題看做是完全正確的或很接近真實的，雖然可以想象出任何相反的假說，但是在沒有出現(xiàn)其他現(xiàn)象足以使之更為正確或者出現(xiàn)例外之前，仍然應(yīng)當(dāng)給予如此的對待牛頓的理想實驗當(dāng)初速度v大到某一值炮彈將沿一圓軌道繞地球旋轉(zhuǎn)而不掉到地面，于是它便面u=Jg=7.78km/s,—為一個“小月亮”了YU+"）v，2=yp^=H.2km/s

f?牛頓的成功之路1）站在巨人的肩膀上，勤奮學(xué)習(xí)，積累知識為什么說牛頓站在巨人肩膀上？牛頓一封給胡克的信中寫道：“如果我看得更遠(yuǎn)那是因為站在巨人的肩膀上?！彼@里指的是胡克和笛卡兒，當(dāng)然不言而喻也包括了他多次提到的伽利略、開普勒和哥白尼。其實他完成的綜合工作是基于從中世紀(jì)以來世世代代從事科學(xué)研究的前人的累累成果，我們可以列一個表來說明牛頓和前人的關(guān)系：-歸納與演繹相結(jié)合-追求簡單、和諧和統(tǒng)一的公理體系-數(shù)學(xué)物理方法：原理是數(shù)學(xué)與物理的完美結(jié)晶-實驗——象方法第三章科學(xué)，經(jīng)理電磁學(xué)3.1庫倫常數(shù)的測定實驗一一庫倫的扭秤實驗詳細(xì)過程見書本P74銀絲扭角b.從庫倫定律的建立看類比方法的重要性庫倫把電的吸引力同地球?qū)ξ矬w的吸引進(jìn)行類比，設(shè)計了電擺實驗對異號電荷，同樣有r,麥克斯韋說：“物理類比是指一種科學(xué)的定律與另一種科學(xué)定律之間的部分相似性，它使得這兩種科學(xué)可以互相說明?！笨梢娛挛镏g的相似性是運用類比方法進(jìn)行邏輯推理的客觀依據(jù)。詳細(xì)過程見書本P74銀絲扭角注意：類比不是論證，通過類比方法所作出的假設(shè)或結(jié)論最終必須通過實驗以及在今后的實踐中得到檢驗。3.2電流的產(chǎn)生及其磁效應(yīng)什么是生物電現(xiàn)象？伽伐尼在一次解剖青蛙時有一個偶然的發(fā)現(xiàn)，一只已解剖的青蛙放在一個潮濕的鐵案上，當(dāng)解剖刀無意中觸及蛙腿上外露的神經(jīng)時，死蛙的腿猛烈地抽搐了一下生物電：生物不同部位對電子的吸引力不同從而使電子發(fā)生定向移動導(dǎo)致電勢差產(chǎn)生的電流生物電現(xiàn)象的應(yīng)用一打電堆的發(fā)明當(dāng)今應(yīng)用一物電的研究成果已被廣泛地應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)，其中最常見的是心電圖。利用生物電現(xiàn)象還可以治療某些神經(jīng)和肌肉的疾病安培著名的分子電流假說為了把一切電磁現(xiàn)象都?xì)w結(jié)為電流間的相互作用，安培提出了他子電流假設(shè)。螺線管表現(xiàn)像一根磁鐵—由此設(shè)想鐵表面存在一層電流的環(huán)流好友菲涅耳提醒：磁鐵是非良導(dǎo)體，宏觀電流將使磁鐵發(fā)熱，電流很快將消失改進(jìn)假設(shè)：磁性物質(zhì)內(nèi)存在無數(shù)微小的“分子電流”，它們永不衰竭地沿閉合路徑流動，從而形成一個個小磁體分子電流假說的應(yīng)用一解釋某些磁現(xiàn)象1）對于磁鐵和其他能顯示磁性的物體，每個微粒的環(huán)形電流的取向大致相同，因此其兩端顯示磁性；2）—旦磁體被被分割成幾段，各段磁體仍顯磁性，且仍有N、S極；3）解釋磁性物體在磁場中被磁化的現(xiàn)象：各微粒電流取向雜亂無章磁性相互抵消，總體不顯磁性3.3法拉第的主要貢獻(xiàn)一電磁感應(yīng)定律法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象、確立了電磁感應(yīng)定律并為電動機和發(fā)電機的發(fā)明作出重大貢獻(xiàn)。電磁感應(yīng)定律：E=_d°閉合回路上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和通過閉合回路的磁通量的變化率成正比。-dT法拉第思想：一貫追求科學(xué)真理，相信自然力的統(tǒng)一；提出力線和場的思想3.4麥克斯韋電場理論的建立a.麥克斯韋方程一理學(xué)“美”的代表靜電場的高斯定理、靜電場的環(huán)路定理、穩(wěn)恒磁場的高斯定理、磁場的安培環(huán)路定理M尸N?D=pVxE=一翌V-B=0vxH頊+竺出dt

四個方程分別說明，1：電力線起于電荷止于電荷，不閉合；2：磁力線閉合；3：變化的磁場感生電場；4：變化的電場感生磁場。麥克斯韋方程組，加上帶電荷物質(zhì)在電磁場中運動時所受力的普遍規(guī)律，再加上普遍成立的電荷守恒定律，就給出了電磁學(xué)現(xiàn)象的完整的系統(tǒng)的規(guī)律。麥克斯韋的科學(xué)思想和科學(xué)方法（見P98）1）通過類比，把法拉弟力線思想數(shù)學(xué)化2）“位移電流”假設(shè)對稱性思考3）預(yù)言電磁波，實現(xiàn)第三次大綜合預(yù)言:（1）電磁以波動形式傳播（2）一種電磁波堡nnw

第四章經(jīng)典光學(xué)4.2光的波動說a.什么是惠更斯原理？堡nnw

第四章經(jīng)典光學(xué)波在前進(jìn)中的任意一點都可以看做一個新的波源4.3光的干涉、衍射、偏振光的干涉薄膜干涉一“鍍膜光學(xué)元件”利用薄膜干涉可減弱或加強反射光；檢查平面平整度牛頓環(huán)——測曲面平整度；測大曲率凸透鏡的曲率半徑光的衍射原板衍射：當(dāng)不透明原板足夠小時，屏上出現(xiàn)衍射圖樣泊松亮斑：當(dāng)光照到不透光的小圓板上時，在光屏的陰影中心出現(xiàn)的亮斑（外部是不等間距的明暗相間的圓環(huán)）光的偏振線偏振光：光矢量方向在空間各點固定不變的光（光波中的電場方向叫做“光矢量”方向）應(yīng)用：夏日戴墨鏡反射光的特點：反射光為部分偏振光，垂直于入射面的光振動多余平行于入射面的光振動4.4光的波粒二象性光電效應(yīng)：紫外線從金屬打出電子而引起空氣電離，從而對放電產(chǎn)生影響光生伏特效應(yīng)：利用太陽能使材料中的電子由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，未脫離材料表面愛因斯坦的“光子”假說：單色光是由能量子組成的，并用光量子來代替舊的光微粒；光量子以光速在空中穿過，它是能量的最小單位；我們把這些能量子叫做光子。4.5多普勒效應(yīng)概念：波源與觀察者有相對運動而使觀察到的譜線頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象頻率變化公式：f/f’=V+V（ab）/V-V（s）4.6玻爾公式激光原理a.玻爾公式：E2-E1=hv能級躍遷公式：Em-En=hv

b.激光產(chǎn)生條件：1）外部物質(zhì)條件：實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)2）理論條件：使原子被激發(fā)受激輻射：原來處在高能級的原子，還可以在其他光子的刺激或感應(yīng)下，躍遷到低能級，同時發(fā)射出一個同樣能量的光子。自發(fā)輻射：處于激發(fā)態(tài)的原子中，電子在激發(fā)態(tài)能級上只能停留一段很短的時間，就自發(fā)地躍遷到較低能級中去，同時輻射出一個光子3）要實現(xiàn)先放大；單色性好；相干性好；能量集中5.1X射線的發(fā)現(xiàn)倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，拿到了歷史上第一個諾貝爾物理學(xué)獎X射線的性質(zhì):；單色性好；相干性好；能量集中1、X射線在空氣中的射程有2米多而且是直線傳播的，不反射也不會折射；2、外界磁場不會使X射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)；3、X射線來自克魯克斯管的對陰極，即接受陰極射線轟擊的那個電極；4、X射線具有非常強的穿透性.由于X射線與原子中內(nèi)層電子的躍遷有關(guān)，這說明了物理學(xué)還存在亟待搜索的未知領(lǐng)域。5.2放射性的發(fā)現(xiàn)貝克勒爾一一第一個天然放射性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)者第六章第物質(zhì)觀麟命—一量子論6.1量子概念的提出兩個概念熱輻射（自發(fā)輻射）：任何物體在任何溫度下都要發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物質(zhì)中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象為熱輻射。絕對黑體：能夠吸收外來一切電磁波輻射而毫無反射的物體，簡稱黑體黑體發(fā)光（自發(fā)輻射），而不反射光兩朵烏云第一朵關(guān)于相對論的建立，第二朵導(dǎo)致量子物理的誕生6.2第一個鉆到原子中心的人——盧瑟福盧瑟福做a粒子散射實驗，提出“原子核式結(jié)構(gòu)”：所有正電荷和原子質(zhì)量都集中在原子中心一個非常小的體積內(nèi)，這就是原子核。6.3玻爾模型能級躍遷公式：Em-En=hv（會做計算題）哥本哈根精神：一是科學(xué)國際主義；而是獨特的研究風(fēng)格玻爾理論中同時存在著兩種不協(xié)調(diào)的概念：經(jīng)典的連續(xù)性和量子的不連續(xù)性

6.3&6.4粒子的雙重屬性波粒二象性：是指物質(zhì)同時具備波的特質(zhì)及粒子的特質(zhì)，微觀粒子同時具有粒子性和波動性物質(zhì)波的統(tǒng)計解釋：物質(zhì)波振幅的平方與粒子在該處鄰近出現(xiàn)的概率成正比。海森堡測不準(zhǔn)原理：粒子坐標(biāo)x，動量p，能量E和壽命t,它們的變化范圍分別為△*,△?,AE和△t,滿足△*-ApNhAt-AENh即：微觀粒子的坐標(biāo)和動量不可能同時被測準(zhǔn)微觀粒子的能量和壽命不可能同時被測準(zhǔn)玻爾的互補原理：波和粒子兩種描述是是互補的，缺一不可。波動性和粒子性同時具有但不同時顯示隧道效應(yīng)：在粒子總能量低于勢壘高的情況下，粒子能越過勢壘甚至能穿透有一定寬度的勢壘。隧道效應(yīng)和掃描隧道我微鏡的粒于,越過勢壘.2./：＜（8的轅6.3&6.4粒子的雙重屬性波粒二象性：是指物質(zhì)同時具備波的特質(zhì)及粒子的特質(zhì)，微觀粒子同時具有粒子性和波動性物質(zhì)波的統(tǒng)計解釋：物質(zhì)波振幅的平方與粒子在該處鄰近出現(xiàn)的概率成正比。海森堡測不準(zhǔn)原理：粒子坐標(biāo)x，動量p，能量E和壽命t,它們的變化范圍分別為△*,△?,AE和△t,滿足△*-ApNhAt-AENh即：微觀粒子的坐標(biāo)和動量不可能同時被測準(zhǔn)微觀粒子的能量和壽命不可能同時被測準(zhǔn)玻爾的互補原理：波和粒子兩種描述是是互補的，缺一不可。波動性和粒子性同時具有但不同時顯示隧道效應(yīng)：在粒子總能量低于勢壘高的情況下，粒子能越過勢壘甚至能穿透有一定寬度的勢壘。隧道效應(yīng)和掃描隧道我微鏡的粒于,越過勢壘.2./：＜（8的轅子,、_不能越過勢壘。牛頓力學(xué)：決定因果論因果對應(yīng)！量子力學(xué)：統(tǒng)計因果律微觀現(xiàn)象的過程中發(fā)生的幾率表現(xiàn)出因果律，而單顆微觀粒子『的粒子，也存在被彈軻的概率——反射波。LEf的粒子，也可能越過身壘到達(dá)3y旋——隧道效應(yīng)。加與熱寂說c.生命是一開放系統(tǒng)。其熵變由兩部分開放系統(tǒng)一與外界有物質(zhì)和能量的交換的系統(tǒng)A5=直一A5f\.S△',系統(tǒng)自身產(chǎn)生